元素成像：樣品內(nèi)元素的空間分布同步輻射：電子運動的方向發(fā)生變化時在切線方向產(chǎn)生電磁輻射1947年,在電子同步加速器上首次觀察到，命名為

synchrotronradiation當(dāng)前1頁，總共40頁。同步輻射的特點高亮度：同步輻射的亮度比最強的X光管特征線亮度強萬倍以上。用X光機拍攝一幅晶體缺陷照片，通常需要7-15天的感光時間，而利用同步輻射光源只需要幾秒。寬波譜：覆蓋了紅外、可見、紫外和X光波段。利用單色器可以隨意選擇所需要的波長，進(jìn)行單色光的實驗。高準(zhǔn)直：同步輻射的發(fā)射度極小，準(zhǔn)直性可以與激光相媲美。當(dāng)前2頁，總共40頁。BSRFBSRF：直線加速器200米儲存環(huán)周長240米，電子能量-2GeV當(dāng)前3頁，總共40頁。SSRF儲存環(huán)周長432米，光子能量為0.1~40keV，電子能量3.5GeV當(dāng)前4頁，總共40頁。Spring-8大儲存環(huán)直徑457米，周長約1436米，電子能量3.5GeV。

直線加速器部分長140米當(dāng)前5頁，總共40頁。同步輻射的發(fā)展第一代同步輻射光源.

在核物理/粒子物理研究的空擋，利用同步加速器所發(fā)射的同步光進(jìn)行科學(xué)研究,稱為寄生方式。北京高能所同步輻射裝置(BSRF)。第二代同步輻射光源.

第一代同步輻射光源已不能滿足研究需求，建立了用專門的裝置產(chǎn)生同步光,例如合肥同步輻射裝置。第三代同步輻射光源.

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在儲存環(huán)中加入插入件可以使同步輻射的亮度再提高千倍以上，得到的同步輻射主要來自插入件。上海光源（SSRF）。當(dāng)前6頁，總共40頁。元素成像原理Anelectronintheinnershell(e.g.Kshell)isejectedfromtheatombyanexternalprimaryexcitationx-ray,creatingavacancy.Anelectronfromoutershell"jumpsin"tofillthevacancy.Intheprocess,itemitsacharacteristicx-rayuniquetothiselementandinturn,producesavacancyintheoutershell.RF

PrimaryX-ray

XRFAugerelectron當(dāng)前7頁，總共40頁。元素成像原理熒光產(chǎn)額較低的原子序數(shù)Z的元素，熒光產(chǎn)額較低原則上，可測元素Z>4

實際工作中Z>11（空氣吸收）光線能量當(dāng)前8頁，總共40頁。同步輻射元素成像設(shè)備

光學(xué)部分當(dāng)前9頁，總共40頁。成像設(shè)備Detectionlimit:10-18g，~103atomsNatPhys,2006,2:101–104lateralresolution:50nmAnalChem,2003,75:3806–3816樣品測試部分信號處理部分當(dāng)前10頁，總共40頁。XRFspectraTypicalenergydispersiveXRFspectrumforamulti-elementstandardE:qualitativeanalysispeakeara:quautification當(dāng)前11頁，總共40頁。生物樣品中微量元素的空間分布吸收、轉(zhuǎn)運、蓄積、代謝生理生化功能作用機制實例當(dāng)前12頁，總共40頁。1mmSchematicdrawingofanatomicalstructuresofanadulthermaphroditeC.elegans

ElementaldistributioninC.eleganswhichwasfedbyE.coliOP50+PBS(A),E.coliOP50+nanoCu(B),andE.coliOP50+Cu2+(C).

JAAS,2008,23,1121–1124模式動物2D3.5×5.0μmatBL-4Ain,KEK

當(dāng)前13頁，總共40頁。Cyclotellameneghiniana

accountfor20%ofglobalcarbonfixation.facilitatethetransportofphotosyntheticallyfixedCO2fromthesurfaceoceantodeepwater,10μm

制樣細(xì)胞懸液滴加在電鏡柵網(wǎng)上，自然風(fēng)干定量XRFstandardsNIST1832,1833Quantitative3DelementalmicrotomographyofCyclotellameneghinianaat400-nmresolution

PNAS,2010，107，15676-15680當(dāng)前14頁，總共40頁。XRFmicroprobeatbeamline2-ID-EoftheAdvancedPhotonSource

FollowingmonochromationtheX-raybeamwasfocusedtoaspotofapproximately270

nmdiameterusingaFresnelzone-plateobjective.Fluorescencespectrawererecordedat150

nmintervalsasthespecimenwasrasterscannedthroughthefocusoftheX-raybeamtoobtain2Dprojectionimages.Thefluxtransmittedbythesamplewasmonitoredusingbothanionchamberandaconfigureddetector.Arotationserieswasobtainedbyacquiringsuchimageswiththespecimenorientedat24differentangleswithrespecttoaverticalrotationaxis.

Quantitative3DelementalmicrotomographyofCyclotellameneghinianaat400-nmresolution

PNAS,2010，107，15676-15680240,000single-point

24projections36h(0.1S/pixel)當(dāng)前15頁，總共40頁。Quantitative3DelementalmicrotomographyofCyclotellameneghinianaat400-nmresolution

PNAS,2010,107,15676-15680Cyclotellameneghiniana中元素

的3D分布P,K,Ca分布的細(xì)胞器官類似，少量Mn存在于同一區(qū)域Si主要分布在細(xì)胞壁，F(xiàn)e、Mn在細(xì)胞壁呈環(huán)狀分布Cl,Cu,Zn，S分布于沿硅藻內(nèi)軸向分布的柱狀區(qū)域內(nèi)元素總含量相差3個數(shù)量級8

μgforSi，2

ngforMn.當(dāng)前16頁，總共40頁。各元素分布圖疊加

PNAS,2010,107,15676-15680沿硅藻軸向分布的柱狀細(xì)胞結(jié)構(gòu)為細(xì)胞質(zhì)，主要含Cl,Cu,Zn,和S，這些元素在細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)也有一薄層分布三個球狀細(xì)胞器主要含K,P和Ca，也有少量Mn,Cu和Ni;其中兩個與柱狀結(jié)構(gòu)連接，一個位于硅藻瓣端當(dāng)前17頁，總共40頁。

C.meneghinianas三維結(jié)構(gòu)的元素分布細(xì)節(jié)PNAS,2010,107,15676-15680(A–C)Si(灰)，F(xiàn)e(橙)，Mn(紅)在硅藻縱斷面上的

分布.A

三元素分布細(xì)節(jié)，在含Si的硅藻細(xì)胞壁上還含有Fe和Mn.二者在細(xì)胞壁特定部位呈環(huán)狀分布。Mn結(jié)合于硅藻瓣面和環(huán)帶交界的富硅環(huán)狀結(jié)構(gòu)上。

BSi和Mn分布，在細(xì)胞下部一個硅化較輕的環(huán)狀區(qū)正好與Fe環(huán)狀結(jié)構(gòu)之一重合。該區(qū)域正是細(xì)胞伸展區(qū)，靠近硅藻細(xì)胞膜上殼和較小的新形成的子殼之間的連接區(qū)。C

表示Mn和Fe的分布,在瓣與環(huán)帶鏈接區(qū)有一個Fe、Mn共存區(qū)

。(D–F)P(藍(lán)),S(黃),Cl(黃綠),和Zn(紫)在硅藻縱向切片上的分布以及他們間的聯(lián)系。兩個主要的含磷結(jié)構(gòu)，S和Cl共存于中央獨立的柱狀結(jié)構(gòu)以及緊鄰細(xì)胞膜下細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的局部區(qū)域，含磷細(xì)胞器與柱狀結(jié)構(gòu)鏈接，大的液泡空腔，Zn在柱狀結(jié)構(gòu)內(nèi)富集，Zn與S、Cl相關(guān)。(G)硅藻的橫斷截面表明柱狀結(jié)構(gòu)和空泡，兩個含磷結(jié)構(gòu)與柱狀結(jié)構(gòu)相連。當(dāng)前18頁，總共40頁。實測值和重建數(shù)據(jù)（36.0°）實測值體現(xiàn)了硅藻的真實結(jié)構(gòu)，Si,Fe,和Mn界定了硅藻的細(xì)胞膜，Ca,K,和P在三個球狀細(xì)胞器內(nèi)，Zn,Cu,S分布于細(xì)胞質(zhì).重建數(shù)據(jù)與實測值無明顯差別，重建效果好。大多數(shù)情況下，實測值和重建值之間的差別在2-3像素之內(nèi)，據(jù)此估計成像分辨率在400nm左右。

PNAS,2010,107,15676-15680當(dāng)前19頁，總共40頁。XAS成像LocalizingtheBiochemicalTransformationsofArsenateinaHyperaccumulatingFern蜈蚣草Pterisvittata當(dāng)前20頁，總共40頁。Spotsize15or5μmdiameterfocusedbytaperedmetalmonocapillaries鮮活組織，室溫，潮濕定量：0.2μL5mMArsenate滴于濾紙metalmonocapillariesBL9-3atSSRLGedetectorLocalizingtheBiochemicalTransformationsofArsenateinaHyperaccumulatingFern當(dāng)前21頁，總共40頁。LocalizingtheBiochemicalTransformationsofArsenateinaHyperaccumulatingFernAs(glutathione)311869.8eVArsenite11871.4eVArsenate11874.8eV當(dāng)前22頁，總共40頁。EST,2006,40,5010-5014LocalizingtheBiochemicalTransformationsOfArsenateinaHyperaccumulatingFernXAS成像當(dāng)前23頁，總共40頁。EST,2006,40,5010-5014XAS成像LocalizingtheBiochemicalTransformationsofArsenateinaHyperaccumulatingFern當(dāng)前24頁，總共40頁。方法評價非破壞性制樣簡單避免污染后續(xù)研究靈敏度高多元素分析高通量元素間的相互作用空間分辨率當(dāng)前25頁，總共40頁。Biological

SamplesSR45°

Si(Li)

detectorAmplifier

MCA

Computer

Slit

Ionization

chamber

SamplemovingdirectionIEFseparation

SIGOUTReconstruction

SRXRFanalysis

Protein

extraction

DetectionofmetalloproteinswithSRXRFafterelectrophoresisGaoY,Anal.Chem.Acta,2003,485(1):131-137GaoY,Analyst,2002,127,1400-1404GaoY,JAAS,2007,22,856–866當(dāng)前26頁，總共40頁。

Detectionofmercury-,arsenic-,andselenium-containingproteinsinfishliverfromamercurypollutedareaofGuizhouProvince,Chinawith

SRXRFafterIEFSe/As/Hgoftenco-existinthesameband,suggestingthatThebandsmaybecorrespondingtotheantagonisticeffectofSeagainstthetoxicityofHgandAs,HgandAsmaybeinvolvedinthesamemetabolicprocesses.LiLN,JToxicolEnvHealth,A,2008,71:1266–1269當(dāng)前27頁，總共40頁。ImagingMetalsinProteinsafternativeElectrophoresisXRFmapofaone-dimensionalnativeblotofmultiplemetalloproteins.(Upperright)Photographofblot.(Upperleft)Zincmapshowszincpresentincarbonicanhydrase(CA).(Lowerleft)Ironmapshowsironpresentinhemoglobin(Hb).(Lowerright)Coppermapshowscopperpresentintyrosinase(Tyr),aswellasacontaminantincarbonicanhydrase.Mapsdisplayedarequantified,withthresholdvaluesing/cm2.ACSCHEMBIOL,2010,5,577-587當(dāng)前28頁，總共40頁。DetectionofSe-containingproteinsinselenium-enrichedyeastwithSRXRFafter2-dimensionalgelelectrophoresisAbout30Se-containingproteinscanbedistinguishedbyComparisonbetweenthetwoFigs,whitchweremarkedwithellipsesinFig.III當(dāng)前29頁，總共40頁。MetallomeofNiletilapiatissueidentifiedbySRXRFafter2Dseparation

Gelobtainedfortheliversampleswiththeproteinspotswhichweredetectedcalcium,ironandzincbySRXRFhighlightedwithacircle.

Three-dimensionalproteinspotsofliversamplecontainedcalcium,ironandzinc,whichhighlightedwithacircle.

Talanta,2010,82,1052-1056

當(dāng)前30頁，總共40頁。準(zhǔn)在線聯(lián)用技術(shù)非破壞性、基底影響小同時給出蛋白質(zhì)表達(dá)水平、等電點、分子量、所含金屬種類、含量等信息（價態(tài)、肽質(zhì)指紋譜、序列）多元素分析，可用于研究不同元素之間的協(xié)同、拮抗等生物效應(yīng)研究方法評價當(dāng)前31頁，總共40頁。X-rayabsorptionspectroscopyI=I0·e-μd，線性吸收系數(shù)μ＝f(Z,,)XAS:透射光強度隨入射光波長的變化曲線I0IdXRFPhotoelectronsScatteredx-ray當(dāng)前32頁，總共40頁。X射線吸收譜E0±10E0+10-50E0+50-1000XANES:X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)：元素種類、電子構(gòu)型（價態(tài)）、對稱性NEXAFS:近邊X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)：鍵角、鍵長EXAFS:擴展X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)：配位原子種類、數(shù)目、距離當(dāng)前33頁，總共40頁。EXAFS優(yōu)點不依賴晶體結(jié)構(gòu)，因此可用于大量的非晶態(tài)材料的研究不受其他元素的干擾，對不同的元素的原子，可由吸收邊位置不同，而得以分別研究可測配位原子的種類、個數(shù)、間距等濃度很低的樣品，百萬分之幾的元素也能分析樣品制備比較簡單，數(shù)據(jù)收集時間短當(dāng)前34頁，總共40頁。XASmeasurementafterSRXRFimagingProteinmap(a)andCrmap(b)forCrcompoundsbindingtoalbumin-depletedbovineserum(BS)proteins.Themainproteinbandsat65and130kDacorrespondtomonomericanddimericformsofBSA,respectively,totalproteincontentineachlaneis10μg.Lane1:BS.Lane4:GSH(5.0mM),Lane2,3:Cr(III),Cr(IV)(1.0mM)+BS.Lane5,6:Cr(IV),Cr(III)-(1.0mM)+

GSH(5.0mM).Lane7:Cr(III)-propionate,1.0mM).

AllCrcompoundswereincubatedwithserumproteins(1.0mgproteinpermLin20mMHEPE